CN106230286A - 用于并行驱动逆变器的*** - Google Patents

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Abstract

一种用于并行驱动逆变器的***包括主控制器、多个从控制器以及由从控制器中的每一个对应地控制的多个逆变器。该***还包括控制信号创建单元，其用于通过使用在主控制器与从控制器之间发送和接收的数据来创建用于从控制器的控制信号以使得多个逆变器能够创建平衡的输出电流。

Description

用于并行驱动逆变器的***
技术领域
本公开内容涉及用于并行驱动逆变器的***，特别涉及如下的用于并行驱动逆变器的***，其中多个逆变器被并行驱动以通过校正***中的各逆变器之间的输出电流不平衡来改善工作效率。
背景技术
理论上，能够在所有容量范围中独立地驱动逆变器。然而，当小于几百kW的环境被设计用于一种用于独立地驱动逆变器的方法时，该设计的有效性归因于包括对功率半导体器件的限制和设备设计的限制的各种问题而被显著降低。因此，为了克服这些问题，具有大于给定值的容量的逆变器被传统地设计在用于并行驱动具有小于设计容量的容量的多个逆变器的方法中。
并行驱动多个逆变器可以以各种方法来控制。在各方法之中最常见的方法是安装单个主控制器和多个从控制器以通过它们之间的通信来控制整个***。
然而，如果使用该方法，则可以在各逆变器之间出现输出电流不平衡，这可能由不同的变量引起，不同的变量例如可能由在主控制器与从控制器之间的通信出现的时间差、在针对相应逆变器的功率半导体特征中的差以及在安装在每一个逆变器中的功率半导体驱动电路之间出现的时间差。
也就是说，虽然N个逆变器利用相同的3相PWM(脉宽调制)信号来驱动，但是在每一个逆变器的输出电流Iu、Iv和Iw之间可能出现小的差。因此，有必要在设计用于并行驱动逆变器的***时考虑足够的保留容量。
图1是示出了在用于并行驱动逆变器的传统***中的逆变器输出电流不平衡的状态的示例性图形。
参考图1，示出在N个逆变器的输出电流Iu1、Iu2和IuN之间的小的相位差。由于这种差，每一个逆变器输出的和不与用于并行驱动逆变器的***中的整个***输出相匹配。例如，当用三个逆变器来设计600kW的电源时，有必要出于安全性原因通过将具有甚至大于200kW的容量的三个逆变器并联连接来设计电源。
即，有必要考虑用于并行驱动逆变器的降额因子K。具体地，随着越多的逆变器被并联连接，K变得越小。因此，需要具有甚至大于理论上计算的逆变器的容量的容量的逆变器。这利用下面的等式1来表示。
<等式1>
Ptot＝K×N×Pinv
其中，Ptot是总输出功率；K是降额因子(derating factor)，0<K≤1(与并联连接的逆变器的数目N成反比例)；并且Pinv是并联连接的每一个逆变器的容量。因此，需要提供用于通过校正并行驱动的逆变器的上述输出电流不平衡来设计和操作更有效的***的新方法。
发明内容
鉴于以上所述，本公开内容提供一种用于并行驱动逆变器的***，其中多个逆变器被并行驱动以通过校正在用于并行驱动逆变器的***中的各逆变器之间的输出电流不平衡来改善工作效率。
要由本公开内容解决的上述问题不限于此，并且以上未描述的本公开内容的其他问题和优点将通过下面描述来理解，并且在本公开内容的实施例中变得进一步显而易见。另外，应当指出，本公开内容的问题和优点可以容易地通过下面的权利要求中陈述的装置和它们的组合来意识到。
根据本公开内容的一个实施例，提供了一种用于并行驱动逆变器的***，该***包括：
主控制器；
多个从控制器；
多个逆变器，其由从控制器中的每一个对应地控制；以及
控制信号创建单元，其被配置为通过使用在主控制器与从控制器之间发送和接收的数据来创建用于从控制器的控制信号以使得多个逆变器能够创建平衡的输出电流。
在实施例中，控制信号创建单元包括：
输入加法器，其被配置为找到在多个逆变器的3相输出电流中的每一个的平均值与逆变器中的每一个的3相输出电流中的每一个之间的差；
比例积分(PI)控制器，其被配置为执行关于输入加法器的输出值的比例积分控制；
电流比例单元，其被配置为执行关于比例积分控制器的输出值的比例以区分用于电流的每一个相位的补偿范围；
限制器，其被配置为执行关于电流比例单元的输出值的限制以限制与3相输出电流的平均值的差；以及
输出加法器，其被配置为将3相输出电流的脉宽信息一起加到限制器的输出值，
其中，比例积分控制器被配置为找到通过将输入加法器的输出值乘以比例因子Kp的值和通过将积分因子Ki乘以输入加法器的输出值的积分值的值的和。
在实施例中，电流比例单元被配置为找到通过将比例积分控制器的输出值乘以通过将逆变器中的每一个的关注相位的输出电流值除以平均电流峰值获得的值而获得的值。
另外，限制器：被配置为当电流比例单元的输出值位于由限制器预定的上限值与下限值之间时输出电流比例单元的输出值；被配置为当电流比例单元的输出值大于上限值时输出由限制器预定的上限值；并且被配置为当电流比例单元的输出值小于下限值时输出由限制器预定的下限值。
另外，输出加法器被配置为找到逆变器中的每一个的3相输出电流的脉宽值和限制器的输出值的和。
根据本公开内容的另一实施例，提供了一种实现用于在用于并行驱动逆变器的***中使用的平衡的输出电流的方法，该方法包括：
输入相加过程，其用于找到在多个逆变器的3相输出电流中的每一个的平均值与逆变器中的每一个的3相输出电流中的每一个之间的差；
比例积分控制过程，其用于执行关于输入相加过程处的输出值的比例积分控制；
电流比例过程，其用于执行关于比例积分控制过程处的输出值的比例以区分用于电流的每一个相位的补偿范围；
限制过程，其用于执行关于电流比例过程处的输出值的限制以限制与3相输出电流的平均值的差；以及
输出相加过程，其用于将3相输出电流的脉宽信息一起加到在限制过程处的输出值，
其中，比例积分控制过程用于找到通过将在输入相加过程处的输出值乘以比例因子Kp的值和通过将积分因子Ki乘以在输入相加过程处的输出值的积分值的值的和。
在实施例中，电流比例过程用于找到通过将在比例积分控制过程处的输出值乘以通过将逆变器中的每一个的关注相位的输出电流值除以平均电流峰值获得的值而获得的值。
另外，限制过程用于：当在电流比例过程处的输出值位于在限制过程处的上限值与下限值之间时输出在电流比例过程处的输出值；用于当在电流比例过程处的输出值大于上限值时输出在限制过程处的上限值；并且用于当在电流比例过程处的输出值小于下限值时输出在限制过程处的下限值。
另外，输出相加过程用于找到逆变器中的每一个的3相输出电流的脉宽值和在限制过程处的输出值的和。
根据上述本公开内容，用于并行驱动逆变器的***使得为该***的部件的每一个逆变器能够彼此输出平衡的电流。这有助于提供通过将多个逆变器连接而配置的用于并行驱动逆变器的***的有效设计和操作的效果。
附图说明
图1是示出了在用于并行驱动逆变器的传统***中的逆变器输出电流不平衡的状态的示例性图形；
图2示出了用于并行驱动逆变器的传统***的配置；
图3示出了在图2中所示的主控制器与从控制器之间的通信信息的概念；
图4示出了在根据本公开内容的实施例的用于并行驱动逆变器的***中安装的控制信号创建单元；
图5是利用图4中示出的单元来控制输出电流的示例性过程；以及
图6是示出了根据本公开内容的实施例的控制用于并行驱动逆变器的***的输出电流的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的上述问题、特征和优点，并且本公开内容的本领域技术人员可以因此容易地实现本公开内容的技术构思。应当指出，关于与本公开内容相关的已知技术的具体描述在其可能在描述本公开内容时不必要地使本公开内容的目的模糊不清的情况下被省略。
在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的优选实施例。在附图中相同的附图标记指代相同的或等价的部件。
图2示出了用于并行驱动逆变器的传统***的配置。
参考图2，用于并行驱动逆变器的传统***包括单个主控制器210、N个从控制器220、连接到从控制器220中的每一个的N个逆变器230、用于衰减每一个逆变器的输出电流波形失真的3相电感器235以及通过并行驱动N个逆变器230来驱动的电机240。在操作时，当相同的3相PWM信号被施加到N个逆变器230中的每一个以并行驱动它们时，如图2所示，则每一个逆变器的输出功率负责施加到电机240的功率的1/N。因此，能够通过并行驱动具有小容量的多个逆变器来驱动具有大容量的电机。
然而，在这种情况下，从全部逆变器生成的总功率'Ptot'不是[N×Pinv(其被称为每一个逆变器的容量)](其是理论数值)，而是[K(其被称为降额因子)×N×Pinv]。这在上文利用等式1来描述。
即，从每一个逆变器230输出的3相u、v和w的电流分量被整合以形成总电流Iu、Iv和Iw。然而，当形成每一个相位的电流时，可能存在取决于输出电流的逆变器的小相位差并且不可避免地接着出现降额。例如，以Iu分量为例，虽然总Iu由逆变器#1的总电流Iu1、逆变器#2的总电流Iu2、……、逆变器#N的总电流IuN的和确定，但是总电流Iu1、Iu2、…、和IuN中的每一个不能够形成准确地如图1所示匹配的其波形。这还适用于Iv和Iw分量，并且表明有必要考虑足够的保留容量以设计用于并行驱动逆变器的***。
图3示出了在图2中所示的主控制器与从控制器之间的通信信息的概念。
参考图3，可看到在主控制器210与从控制器220之间发送和接收各种信息。首先，从主控制器210发送到从控制器220的示例性信息包括3相电流的脉宽信息Ton,u/Ton,v/Ton,w，逆变器输出电流的平均值信息Iu,avg/Iv,avg/Iw,avg以及电流的平均峰值信息Ipeak。
另外，从从控制器220发送到主控制器210的示例性信息包括用于逆变器#M的3相输出电流值信息Iu,M/Iv,M/Iw,M。
在下文中，在本公开内容的用于并行驱动逆变器的***中安装的控制信号创建单元的配置被描述用于通过经由仅仅使用在主控制器210与从控制器220之间发送的上述信息创建用于控制每一个相位的输出电流在并行驱动的逆变器之间平衡的补偿信号来控制从控制器220中的每一个的输出信号。
图4示出了在根据本公开内容的实施例的用于并行驱动逆变器的***中安装的控制信号创建单元的配置。
参考图4，根据本公开内容的实施例的用于并行驱动逆变器的***的控制信号创建单元包括输入加法器410、比例积分控制器420、电流比例单元430、限制器440以及输出加法器450。
在下文中，为了容易理解，作为示例描述了用于控制在3相电流之间的U相输出电流Iu的#M逆变器的输出电流的过程。因此，应当指出该过程可适用于产生V相输出电流或W相输出电流并且其为用于并行驱动逆变器的***的部件的任何逆变器。
输入加法器410找到为从主控制器210发送到从控制器220的信息的部分的逆变器输出电流的平均值信息与为从从控制器220发送到主控制器210的信息的部分的逆变器输出电流值信息之间的差。更具体地，输入加法器410接收从主控制器210发送的U相输出电流的平均值信息Iu,avg和从从控制器220发送的#M逆变器的U相输出电流信息Iu,M以找到它们之间的差。因此，从输入加法器410获得的输出值IuErr等价于下面的等式2。
<等式2>
IuErr＝Iu,avg-Iu,M
比例积分控制器420执行用于输入加法器410的输出值IuErr的比例积分控制。即，其通过关于输入加法器410的输出值IuErr应用基于降额因子K的比例因子Kp和积分因子Ki两者来执行下面的等式3的操作。
<等式3>
Ton,Pi＝Kp×Iu,Err+Ki∫(Iu,Err)dt
即，比例积分控制器420得到输出值Ton,Pi，其是通过将输入加法器410的输出值Iu,Err乘以比例因子Kp获得的值与通过将输入加法器410的积分值Iu,Err乘以积分因子Ki获得的值的和。
电流比例单元430执行关于比例积分控制器420的输出值Ton,Pi的比例过程，其用于区分考虑每一个电流相位的补偿范围，并且下面的等式4用于该过程。
<等式4>
Ton,Ratio＝Ton,Pi×(Iu,M/Ipeak)
也就是说，电流比例单元430的输出值Ton,Ratio通过将比例积分控制器420的输出值Ton,Pi乘以通过将#M逆变器的U相输出电流值Iu,M除以平均电流峰值Ipeak获得的值来获得。在这种情况下，#M逆变器的U相输出电流值Iu,M信息可以从从控制器获得，并且平均电流峰值Ipeak信息可以从主控制器获得，如上所述。
限制器440执行关于电流比例单元430的输出值Ton,Ratio的限制过程以限制在关注逆变器的3相输出电流值与平均3相输出电流值之间的差。即，如果在#M逆变器的U相输出电流值Iu,M与平均U相输出电流值Iu,avg之间的差太大，则可能在逆变器中发生灼烧损坏。因此，给出限制值以避免这两个值相差超过给定水平以防止逆变器中的灼烧损坏。由限制器440进行的操作有助于获得下面的补偿脉宽Ton,Comp。
<等式5>
Ton,Comp＝Ton,Ratio
(其中(-Ton,Limit)≤Ton,Ratio≤(+Ton,Limit))
Ton,Comp＝+Ton,Limit(其中Ton,Ratio＞(+Ton,Limit))
Ton,Comp＝-Ton,Limit(其中Ton,Ratio＜(-Ton,Limit))
即，#M逆变器的U相输出电流值Iu,M需要的补偿脉宽值Ton,Comp被确定为限制器440的上述过程结果。#M逆变器的U相输出电流脉宽Ton,u'通过计算3相电流的补偿脉宽值和脉宽值来最终确定，如上所述。该过程通过输出加法器450来执行，并且下面的等式6用于该过程。
<等式6>
Ton,u'＝Ton,u+Ton,Comp
也就是说，补偿脉宽值Ton,Cmp通过图4的过程和用于从主控制器发送到从控制器的U相输出电流脉宽Ton,u信息的上述等式来计算。另外，由于经校正的U相输出电流脉宽Ton,u'信息通过使用值Ton,Comp来计算，从控制器中的每一个可以通过与经校正的信息对应的PWM控制信号来控制它们的对应逆变器中的每一个。
因此，通过用于逆变器中的每一个的3相电流中的每一个的上述补偿来使输出电流平衡有助于使并联连接的逆变器的输出的有效使用最大化。
图5是说明图4的控制输出电流的示例性过程，以及用于控制#M逆变器的U相输出电流值的从控制器的PWM输出波形。
参考图5，(a)当#M逆变器的U相输出电流值Iu,M小于平均U相输出电流值Iu,avg时，将补偿脉宽值Ton,Comp加到U相输出电流脉宽Ton,u以使得从控制器具有经校正的U相输出电流脉宽Ton,u'。
相反，(b)当#M逆变器的U相输出电流值Iu,M大于平均U相输出电流值Iu,avg时，从U相输出电流脉宽Ton,u减去与补偿脉宽值Ton,Comp一样大的值以使得从控制器具有经校正的U相输出电流脉宽Ton,u'。
因此，如上所述的补偿任何逆变器的每一个3相输出电流值有助于使得所有逆变器的所有输出电流值遵循其平均输出电流值，并且控制用于并行驱动逆变器的***的输出电流被平衡。
为了参考，在上述本公开内容的实施例和附图中，已经为了方便作为示例描述了控制在3相电流之间的U相输出电流Iu的#M逆变器的输出电流的过程。然而，应当指出本公开内容不限于该示例，并且对于本公开内容的本领域技术人员将显而易见的是，该过程可以被应用到为用于并行驱动逆变器的***的部件的任何逆变器和为3相电流的分量的每一个相位电流。
图6是示出了根据本公开内容的实施例的控制用于并行驱动逆变器的***的输出电流以被平衡的方法的流程图。
参考图6，根据本公开内容的实施例的控制用于并行驱动逆变器的***的输出电流以被平衡的方法包括输入相加过程S610、比例积分控制过程S620、电流比例过程S630、限制过程S640以及输出相加过程S650。
输入相加过程S610是找到在逆变器的平均输出电流值信息与逆变器的输出电流值信息之间的差的操作，其中在多个逆变器的3相输出电流中的每一个的平均值与相应逆变器的3相输出电流中的每一个之间的差被找到并被输出。
比例积分控制过程S620是执行关于在输入相加过程S610处的输出值的比例积分控制的操作，其中基于降额因子K的比例因子Kp和积分因子Ki被施加到在输入相加过程处的输出值。
电流比例过程S630是关于比例积分控制过程S620的输出值进行电流比例以区分用于电流的每一个相位的补偿范围的操作。该过程可以包括将在比例积分控制过程处的输出值乘以通过将逆变器的3相输出电流值除以逆变器的平均电流峰值Ipeak获得的值。
限制过程S640是限制在电流比例过程S630处的输出值以限制在3相输出电流值与3相输出电流的平均值的差的操作。具体地，当在电流比例过程S630处的输出值位于任何上限值与任何下限值之间时，其本身被用作关注输出值。然而，当其大于上限值时，应用上限值而非输出值，并且当其小于下限值时应用下限值而非输出值。
输出相加过程S650是将3相输出电流的脉宽信息一起加到在限制过程S640处的输出值的操作。通过该过程，所有逆变器的所有输出电流值遵循每一个输出电流值的平均输出电流值，其有助于控制用于并行驱动逆变器的***的输出电流被平衡。
应当针对关于每一个配置操作的特定描述或操作过程对附图、等式或关于它们的详细描述进行参考。
通过上述过程，本公开内容可以具有仅仅通过在用于并行驱动N个逆变器的***中的主控制器与从控制器之间发送和接收信息来控制用于每一个逆变器的每一个相位的输出电流被平衡的效果。控制输出电流被平衡意味着并行驱动的N个逆变器负责相同功率。因此，应用本公开内容有助于提供各种优点，包括用于并行驱动逆变器的***的简化的设计，并且另外配置优化的有效***。
另外，利用上述本公开内容，在为用于并行驱动逆变器的***的部件中的每一个的逆变器之间实现平衡的电流输出。因此，本公开内容的另一效果是通过将多个逆变器连接配置的用于并行驱动逆变器的***的有效设计和操作。
本公开内容的本领域技术人员可以在本公开内容的技术构思的范围内替代、改变和修改上述本公开内容。因此，本公开内容不限于上述实施例和附图。

Claims (9)

1.一种用于通过创建用于从控制器的控制信号以控制与所述从控制器对应的逆变器来并行驱动所述逆变器的***，所述***包括：
主控制器；
多个从控制器；
多个逆变器，其由所述从控制器中的每一个对应地控制；以及
控制信号创建单元，其被配置为通过使用在所述主控制器与所述从控制器之间发送和接收的数据来创建用于所述从控制器的控制信号以使得所述多个逆变器能够创建平衡的输出电流。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制信号创建单元包括：
输入加法器，其被配置为找到在所述多个逆变器的3相输出电流中的每一个的平均值与所述逆变器中的每一个的3相输出电流之间的差；
比例积分(PI)控制器，其被配置为执行关于所述输入加法器的输出值的比例积分控制；
电流比例单元，其被配置为执行关于所述比例积分控制器的输出值的比例以区分用于电流的每一个相位的补偿范围；
限制器，其被配置为执行关于所述电流比例单元的输出值的限制以限制与所述3相输出电流的平均值的差；以及
输出加法器，其被配置为将所述3相输出电流的脉宽信息一起加到所述限制器的输出值。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述比例积分控制器被配置为找到通过将所述输入加法器的输出值乘以比例因子Kp的值和通过将积分因子Ki乘以所述输入加法器的输出值的积分值的值的和。
4.根据权利要求2所述的***，其中，所述电流比例单元被配置为找到通过将所述比例积分控制器的输出值乘以通过将所述逆变器中的每一个的关注相位的输出电流值除以平均电流峰值获得的值而获得的值。
5.根据权利要求3所述的***，其中，所述电流比例单元被配置为找到通过将所述比例积分控制器的输出值乘以通过将所述逆变器中的每一个的关注相位的输出电流值除以平均电流峰值获得的值而获得的值。
6.根据权利要求2所述的***，其中，所述限制器：被配置为当所述电流比例单元的输出值位于由所述限制器预定的上限值与下限值之间时输出所述电流比例单元的输出值；被配置为当所述电流比例单元的输出值大于所述上限值时输出由所述限制器预定的所述上限值；并且被配置为当所述电流比例单元的输出值小于所述下限值时输出由所述限制器预定的所述下限值。
7.根据权利要求3所述的***，其中，所述限制器：被配置为当所述电流比例单元的输出值位于由所述限制器预定的上限值与下限值之间时输出所述电流比例单元的输出值；被配置为当所述电流比例单元的输出值大于所述上限值时输出由所述限制器预定的所述上限值；并且被配置为当所述电流比例单元的输出值小于所述下限值时输出由所述限制器预定的所述下限值。
8.根据权利要求2所述的***，其中，所述输出加法器被配置为找到所述逆变器中的每一个的所述3相输出电流的所述脉宽值和所述限制器的输出值的和。
9.根据权利要求3所述的***，其中，所述输出加法器被配置为找到所述逆变器中的每一个的所述3相输出电流的所述脉宽值和所述限制器的输出值的和。
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